【摘要】：隨著數(shù)字技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，在新的工藝條件下，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)正面臨著新的問題。對(duì)于處理器設(shè)計(jì)而言，一方面由于影響處理器設(shè)計(jì)的線延遲、存儲(chǔ)器訪問延遲、功耗、設(shè)計(jì)復(fù)雜度、設(shè)計(jì)開銷等問題愈發(fā)嚴(yán)重；另一方面，人們對(duì)計(jì)算能力的要求平均以每年80％左右的速度遞增。而傳統(tǒng)的微處理器結(jié)構(gòu)由于過多地使用了集總式部件而導(dǎo)致可擴(kuò)展性較差，已不能適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。在這種情況下，一系列新型的處理器結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，分簇超標(biāo)量處理器正是其中之一。分簇超標(biāo)量處理器通過將超標(biāo)量中的集總式部件用協(xié)同工作的基本同構(gòu)（或模塊化）的多個(gè)小部件（簇）來代替，，并對(duì)協(xié)作的方法進(jìn)行了特別的關(guān)注，使得分簇超標(biāo)量處理器在面積、功耗、設(shè)計(jì)復(fù)雜度、設(shè)計(jì)開銷減少時(shí)，能夠獲得接近、達(dá)到、或超過原有的集總的超標(biāo)量處理器的性能，并且具有較好的可擴(kuò)展性。 文章首先對(duì)影響分簇超標(biāo)量性能的關(guān)鍵因素——指令分派算法進(jìn)行了深入研究。分析了若干經(jīng)典的分派算法，并對(duì)分簇大小、指令隊(duì)列大小、簇間通信延遲、指令隊(duì)列的分派端口以及重試策略對(duì)分派算法的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究�；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，指出不同分派算法的性能隨仿真條件的變化差異巨大。由于經(jīng)典的相關(guān)性算法在負(fù)載均衡上還有擴(kuò)展空間，以及無需給相關(guān)性算法提供與取指寬度相同數(shù)量的分派端口以滿足最壞情況，提出了一種基于限制分派端口數(shù)目以進(jìn)行強(qiáng)制均衡策略的LA分派算法。該算法將經(jīng)典的DCOUNT算法中累積性的一次性負(fù)載均衡分散到多點(diǎn)、多次，性能與DCOUNT算法相當(dāng)，降低了硬件復(fù)雜度和面積開銷。 在對(duì)Fields的程序相關(guān)圖進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出了一種在線關(guān)鍵路徑分析框架，該框架能快速有效地分析分簇超標(biāo)量處理器的性能瓶頸。將該框架集成到仿真器中，進(jìn)行了處理器的CPI分析、指令的關(guān)鍵性研究等工作。 在分析分布式寄存器堆結(jié)構(gòu)和拷貝指令特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種分簇超標(biāo)量處理器微結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使用了一種新的分布式重命名機(jī)制，該機(jī)制對(duì)重命名級(jí)進(jìn)行了分簇，減少了硬件開銷，提升了處理器的擴(kuò)展性；研究了拷貝指令給分簇超標(biāo)量的指令調(diào)度和執(zhí)行帶來的影響，提出了一種使用拷貝指令附加信息的指令隊(duì)列結(jié)構(gòu)。該指令隊(duì)列相對(duì)于任何使用單獨(dú)拷貝指令隊(duì)列的情況，在1x8的結(jié)構(gòu)下，整數(shù)性能至少上升了2.5％，浮點(diǎn)性能至少持平；相對(duì)于拷貝指令跟正常指令爭(zhēng)用資源的情況，整數(shù)性能上升26.2％，浮點(diǎn)上升59.7％。 論文提取并分析了分簇超標(biāo)量處理器中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)的通信特征，指出了其顯著特點(diǎn)在于較低的負(fù)載特性和較均勻的負(fù)載分布。通過一種可配置網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了仿真與評(píng)估，確定了標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)及其路由器設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，提出了一種適用于分簇超標(biāo)量處理器的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)，采用兩套配置相同、共用控制邏輯的網(wǎng)絡(luò)，分別傳輸標(biāo)簽與操作數(shù)。其中路由器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、無流控機(jī)制、具有旁路機(jī)制等特點(diǎn)。使用該標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)，處理器能夠達(dá)到與理想總線相近的性能，比使用SynNet的處理器性能平均提升了5.8％。 分簇超標(biāo)量處理器中Cache的性能依然是處理器的瓶頸，通過給每個(gè)簇配置一個(gè)私有的快速投機(jī)L0Cache的方法，較好地抵消了下級(jí)Cache的訪問延遲。通過給L0Cache加入讀更新和固定讀長(zhǎng)度的方法，在保證足夠的正確率的同時(shí)，較文獻(xiàn)中的L0Cache結(jié)構(gòu)的讀命中率增加了44.8%。仿真結(jié)果顯示，在8簇的分簇處理器中，每簇采用4KB2路組相連分簇L0Cache后，處理器性能平均提升5.6%，在部分測(cè)試程序中達(dá)到20%以上，較文獻(xiàn)中的L0Cache性能提升3.1％。
【圖文】：

圖 1-1 ITRS 對(duì)半導(dǎo)體業(yè)的預(yù)測(cè)[2]Figure 1-1 ITRS product technology trend[2]圖 1-2 單個(gè)周期內(nèi)能訪問的芯片面積[6]Figure 1-2 Fraction of chip reached in one clock[6]ll：工藝水平的提高可以讓單芯片集成更多的晶，同時(shí)也意味著更大的動(dòng)態(tài)功耗。另外，連線為了芯片功耗的重要組成部分。而經(jīng)濟(jì)因素、

- 2 -圖 1-2 單個(gè)周期內(nèi)能訪問的芯片面積[6]Figure 1-2 Fraction of chip reached in one clock[6]：工藝水平的提高可以讓單芯片集成更多的，同時(shí)也意味著更大的動(dòng)態(tài)功耗。另外，連線為了芯片功耗的重要組成部分。而經(jīng)濟(jì)因素、芯片散熱技術(shù)等多方面的限制，為每個(gè)芯片定導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（Semiconductor Industry Asso耗的預(yù)計(jì)。可以看出處理器中允許的功耗并不律。如何在功耗約束下到達(dá)性能目標(biāo)，成為微
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP332

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王海濤;分簇結(jié)構(gòu)在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用綜述[J];重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年04期

2 張寧;;超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)史話[J];大眾硬件;2006年11期

3 李祖松;許先超;胡偉武;唐志敏;;龍芯2號(hào)處理器的同時(shí)多線程設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2009年11期

4 隋秀峰;吳俊敏;陳國(guó)良;;同時(shí)多線程處理器上的Cache性能分析與優(yōu)化[J];小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);2009年01期

5 屈文新;樊曉椏;張盛兵;;多核多線程處理器存儲(chǔ)技術(shù)研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2007年04期

6 張浩;錢學(xué)海;;自修改代碼在Godson-X上的處理實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程;2008年03期

7 許瓊方;;傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇協(xié)議的分析與比較[J];科技風(fēng);2008年12期

8 王新生;張?jiān)瞥?梁平;潘書芹;;基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)性能的應(yīng)用層組播算法[J];計(jì)算機(jī)工程;2010年15期

9 王毅;董梁;梁濤濤;楊新宇;張德運(yùn);;分簇覆蓋的移動(dòng)自組織網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)位置輔助路由算法(英文)[J];軟件學(xué)報(bào);2009年11期

10 寧永波;李謙;李強(qiáng);張琦濱;;一種基于數(shù)據(jù)相關(guān)性的亂序處理器驗(yàn)證方法[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2011年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 鄭啟龍;汪勝;夏霏;;DSP編譯器中一種基于子圖的分簇算法[A];2010年全國(guó)開放式分布與并行計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

2 張強(qiáng);夏艷;龔正虎;;一種基于信譽(yù)評(píng)估與能量輔助約束的混合MANET分簇協(xié)議[A];第八屆全國(guó)信息隱藏與多媒體安全學(xué)術(shù)大會(huì)湖南省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

3 王新生;郭曉丹;尹曉鵬;;基于簇的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)研究[A];2005年全國(guó)理論計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

4 馬振;孫季豐;;一種基于能量效率的WSN多跳簇生成算法[A];第三屆全國(guó)嵌入式技術(shù)和信息處理聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

5 張海明;馬立香;;基于FH-TDMA信道的網(wǎng)間互聯(lián)模型分析[A];2006中國(guó)西部青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

6 林穎;許力;林暉;;分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最小退避窗口自適應(yīng)機(jī)制[A];2009年通信理論與信號(hào)處理學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

7 吳建榮;萬健;徐向華;;定向擴(kuò)散路由協(xié)議的改進(jìn)分析[A];浙江省電子學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

8 祝穎;徐紅兵;肖俊;;能量高效的異類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法研究[A];通信理論與信號(hào)處理新進(jìn)展——2005年通信理論與信號(hào)處理年會(huì)論文集[C];2005年

9 張維勇;張芬;馬學(xué)森;;基于IEEE802.15.4的一種分簇算法研究[A];第二十六屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2007年

10 曾明;胥布工;;基于分層的傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織拓?fù)淇刂扑惴ㄑ芯縖A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 邱峰、陳寅初;ATi的新一代殺手锏RADEON 9700 Pro[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2002年

2 本報(bào)記者 程鴻;“抗?fàn)帯备咝阅苡?jì)算[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

3 ;Athlon 64芯片組市場(chǎng)捷報(bào)頻傳[N];中國(guó)電腦教育報(bào);2005年

4 本報(bào)記者 張廣彬;從sasi到SCSI[N];計(jì)算機(jī)世界;2002年

5 ;SLI 加入Intel陣營(yíng)[N];中國(guó)電腦教育報(bào);2005年

6 炮無煙XT;數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)大升級(jí)[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

7 一笑;AMD的殺手锏：Barcelona處理器[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2007年

8 劉洪宇;IBM POWER6節(jié)能技術(shù)[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2008年

9 張翼;關(guān)于未來的更多細(xì)節(jié)[N];中國(guó)電腦教育報(bào);2004年

10 福倩;萬全為IA64助力[N];計(jì)算機(jī)世界;2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊兵;分簇超標(biāo)量處理器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 王衡軍;基于分簇的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2010年

3 倪e

本文編號(hào)：2652930